Oren Tal: Die molekulare Maschine, die Nanotechnologie neu antreiben soll

Ein internationales Forschungsteam hat ein schraubenförmiges Molekül entwickelt, das den Stromfluss um das bis zu Hundertfache erhöht. Die Ergebnisse erschienen 2026 in der Fachzeitschrift Nature.

Oren Tal und sein Team bauten die molekulare Maschine am Weizmann Institute

Über zwei winzige Metallspitzen fließt der elektrische Strom, der das Molekül in Bewegung versetzt. Damit gelang erstmals der Nachweis eines elektrisch angetriebenen Molekülmotors mit kontrollierbarer Drehrichtung, der dauerhaft zwischen zwei Metallkontakten eingespannt bleibt.

Frühere stromgetriebene Molekülmotoren ließen sich nur auf einer Oberfläche realisieren, wobei die Spitze eines Rastertunnelmikroskops die Bewegung auslöste. Die feste Verbindung mit zwei Elektroden ist damit ein neuer Aufbau für diese Art von Molekülmaschine.

Wie die Rotation den Stromfluss um das bis zu Hundertfache steigert

Die Bewegung entsteht, indem Elektronen beim Durchfließen des Moleküls einen Drehimpuls übertragen, ähnlich wie Wind ein Windrad antreibt. In welche Richtung sich das Molekül dreht, bestimmt dabei seine eigene Windung, vergleichbar mit einer Schraube, die je nach Gewinde nach links oder rechts läuft. Oberhalb einer gewissen Spannungsschwelle wird aus dieser Bewegung eine dauerhafte, gleichmäßige Drehung.

Besonders bemerkenswert: Die Drehrichtung ließ sich durch Umpolen der Spannung gezielt umkehren. Die Rotation des Moleküls ist dabei eng mit seiner elektrischen Leitfähigkeit verknüpft, die während der Drehung um bis zu zwei Größenordnungen zunimmt.

Fabian Pauly liefert die Erklärung aus Augsburg

Die Deutung der gemessenen Effekte stammt von der Arbeitsgruppe um Fabian Pauly an der Universität Augsburg. Sie lieferte die quantenmechanischen Computersimulationen, mit denen sich der sprunghafte Anstieg des Stromflusses erklären lässt.

Das Molekül ist mit einer Größe im Bereich von millionstel Millimetern extrem klein und lässt sich über Schwefelatome an Goldoberflächen binden.

• Elektrisch angetriebene Molekülmotoren existieren in ihren Grundzügen bereits seit dem Jahr 2011.

Was der Durchbruch für die Nanotechnologie bedeutet

Für die Forschung ist vor allem die Kopplung von Rotation und Leitfähigkeit interessant: Ein Molekül, das sich drehen lässt und dabei messbar seine elektrischen Eigenschaften ändert, liefert ein Grundmodell für eine molekulare Maschine mit steuerbarer Bewegung. Dass sich die Drehrichtung allein über die angelegte Spannung umkehren lässt, macht das System zudem vergleichsweise einfach zu kontrollieren.

Für Leser außerhalb der Fachwelt zeigt die Arbeit vor allem, wie weit sich Bauteile inzwischen verkleinern lassen: Eine funktionierende Maschine, die aus einem einzigen Molekül besteht, war bislang nicht mit fest verbundenen Elektroden demonstriert worden.

Bild: Symbolbild, KI-erzeugt.